自定义现场总线功能块

一目了然 现场总线进修 功能块应用 湿气测量 生产评估

允许现场设备执行更高级别的计算增加了分布式控制的优势。设备内部的功能块编程使各种应用更容易，包括生产估计和湿气测量。简要回顾一下现场总线系统，为这些应用优势提供了背景。
现场总线系统是过程自动化仪表的局域网(LAN)。局域网由现场设备、控制和监控设备组成，集成到过程设施的物理环境中，提供跨网络的计算能力。这种分布式智能允许基本的调节控制，排序和自定义计算例程，同时仍然允许使用数字通信从控制室进行操作和调整。

气举井产量估算中的气液比可以通过测量的气举气量、地层气油比和含水率来计算。

作为一种以解决方案为中心的方法，现场总线网络概念与来自现场设备的数据一起工作，这些数据随时可供驻留在LAN和商业网络上的任何计算机应用程序使用。因此，现在可以处理现场级生成的数据，以支持实时生产优化应用，从而消除了对专用应用基础设施的需求。以现场为中心的现场总线方法认识到，终端用户必须能够查看、跟踪和执行远远超出过程控制范围的现场设备中的任务和应用程序。

现场总线基金会提供了一个框架，将这些系统描述为通过现场总线网络相互连接的物理设备的集合。基金会现场总线设备是可互操作的，这意味着来自不同制造商的设备可以通信并一起工作。这是通过标准化现场设备中的功能模块来实现的，例如压力(P)、温度(T)和差压(dP)变送器。

功能块

代表功能块应用程序执行的基本自动化功能，每个功能块处理实时接收的输入参数，根据指定的算法和一组内部控制参数计算输出参数。功能块提供了定义事物的通用结构，例如模拟输入(AI)，模拟输出(AO)，比例-积分-导数(PID)控制，以及开发定制功能块的能力。物理设备通过激活和链接单个现场设备内的一个或多个功能块或通过跨设备的现场总线网络来执行其控制/监视策略的部分。这简化了在实现分布式现场控制体系结构时功能块共同特征的识别。

自定义功能块

基金会现场总线规范和定义允许供应商添加他们自己的参数，这允许在发现新需求时扩展功能块定义。

在连续监测应用中，ISO 5167孔板流量计算函数块的计算输出值将作为注气量输入到生产估计函数块中。

典型的油气田生产应用要求包括湿气测量和油井生产测量等过程。这些应用程序由模块化工业标准流量测量算法组成。

这些算法已经存在了很长时间，但是，它们以前是在专用的计算单元中执行的，导致额外的成本，并且依赖于4- 20ma的信号传输。根据制造商的要求，这些应用程序开发为定制的基金会现场总线功能块，可移植到其他设备，并且不添加额外的硬件仅软件。因此，现场总线用户可以负担得起在任何提供相同功能的设备中执行非专有定制功能块的计算和配置，例如P, T和dP发射器。

在传统的分布式控制和企业业务系统中，现场总线的信号完整性和准确性远远超过了4- 20ma模拟传输。在功能块之间传递的测量和控制变量不仅具有值，而且具有指示特征(如信号质量)的状态。信号质量可以表明，例如，如果测量是好的，坏的，或不确定的(例如，超出几个百分点的范围)。

购买更少的设备和提高信号完整性并不是在现场设备中进行计算而不是在专用现场和/或辅助室内仪器中进行计算的唯一优点。由于在测量点附近的现场计算值可以减少系统所需的设备数量，因此可以提高可靠性并降低维护要求。

应用程序描述

下面的应用描述，虽然对当前的开发并不全面，但确实有助于说明模块化的实现概念，定制的基金会现场总线功能块，旨在满足多个和重复的应用需求。

生产的评估:通过流线限制(如生产节流阀或固定限制)的压差dP是液体和气体流速的函数。当气液比已知时，可由dP计算出液流量。对于气举井，气液比可以通过测量的举气量、地层气油比和含水率来计算。后两个参数是通过试井确定的。(参见“气举井产量估算”图表。)

为了弥补由于湿气造成的读取过度，de Leeuw湿气相关算法作为de Leeuw定制功能块的功能规范。

产量估计算法适用于天然采油井、气举井、esp井和抽油井。对于气举井，通过流线限制的气体由80-90%的举升气体组成。测量的举升气率被用作产量估计算法的输入。利用产量预测趋势的概念，可以减少试井次数，实时识别单井产量变化，实现连续优化生产，实时生成气举动态曲线。

湿气测量:从测量的角度来看，湿气被定义为物理上存在液体的气井流，尽管被视为单相流测量。液体分数普遍较低，气体体积分数(GVF)大于约90-95%。湿气流量测量仅仅是多相计量的一个子集。

湿气边界在两相流图上的精确值是不确定的。相反，液体分数表示为Lockhart-Martinelli (X)参数通常用于确定一个条件是否应考虑为湿气测量-区域X和0.3。应用的流量计是根据国际标准ISO 5167的差压测量原理。采用基于单相气体流速算法的文丘里装置，结合半经验的“德Leeuw”校正算法，应用于由于液体量少而引入的系统误差。

实现

生产的评估:总产油量估算和净产油量估算经验方程作为产油量估算定制功能块的功能规范。为了持续监测油井动态，使用各自的流线油管头压力(FTHP)和生产压差设备的标准FOUNDATION现场总线AI功能块作为压差现场设备内生产估计功能块的输入。

对于气举井，使用各自的现场设备AI功能块测量举升气路压力和温度，并将其作为各自压差测量装置内流量补偿的输入。根据ISO 5167的补偿容积流量方程被用作ISO 5167定制功能块中实现的功能规范。ISO 5167孔板流量计算函数块的计算输出值将作为“注气量”输入到生产估算函数块中。(参见“连续监控的生产评估”图表。)

湿气测量:德Leeuw湿气相关算法作为德Leeuw定制功能块的功能规范，以弥补因湿气造成的过读。与上述类似，标准的基金会现场总线AI功能块被用作ISO 5167定制功能块的输入，0，反过来，作为输入到de Leeuw定制功能块，用于湿气过读补偿(参见“de Leeuw湿气”图形)。

为了上述应用的目的，定制的基金会现场总线功能块已被托管在发射器中，并具有各自定制功能块的主要测量输入。

上面提到的定制功能块的总体(组合)块执行时间在100毫秒内。

作者信息

Dick Wismeijer是一家大型石油公司仪器仪表、控制和自动化部门的负责人，在各种环境和社会政治环境下的陆上和海上工程项目方面拥有超过33年的经验。

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